Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực cơ khí chế tạo như trong sản xuất: các kết cấu thép dạng tấm vỏ kích thước lớn, các dầm thép có khẩu độ và chiều cao, các ống thép có đường kính lớn, các bồn, bể chứa, bình chịu áp lực và trong cơng nghệ đóng tàu…
Tuy nhiên, phương pháp này chủ yếu được ứng dụng để hàn các mối hàn ở vị trí hàn bằng, hàn ngang, các mối hàn có chiều dài lớn và có quỹ đạo khơng phức tạp. Phương pháp hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ có thể hàn được các chi tiết có chiều dày từ vài mm đến hàng trăm mm.
Trong khuôn khổ của đề tài chủ yếu nghiên cứu về phương pháp hàn MAG (hàn điện cực nóng chảy trong mơi trường khí bảo vệ là khí hoạt tính (Khí CO2). hàn MAG, được viết tắt từ tiếng Anh, Metal Active Gas) và hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc bảo vệ còn gọi là hàn hồ quang chìm, tiếng Anh viết tắt là SAW (Submerged Arc Welding), là q trình hàn nóng chảy mà hồ quang cháy giữa dây hàn (điện cực hàn) và vật hàn dưới một lớp thuốc bảo vệ
1.4. Tình hình nghiên cứu về hàn SAW 1.4.1. Trong nước
Công nghệ hàn SAW ở nước ta đã trải qua một quá trình nghiên cứu ứng dụng, với những đặc điểm riêng liên quan đến đặc thù nền kinh tế, trình độ sản xuất cơng nghiệp và quá trình xuất nhập khẩu các mặt hàng cơ khí của Việt Nam. Thực tế q trình nghiên cứu và ứng dụng cơng nghệ hàn SAW chưa đáp ứng được nhu cầu của sản xuất công nghiệp, nhận thấy tầm quan trọng và ý nghĩa của phương pháp Công nghệ này trong nền sản xuất công nghiệp, từ những năm 1985 của thế kỷ 20, các cơ quan nghiên cứu và các ngành quản lý sản xuất công nghiệp đã quan tâm đến lĩnh vực công nghệ hàn SAW. Đến những năm 1990 của thế kỷ 20 đã có nhiều đề tài nghiên cứu về công
nghệ hàn SAW. Báo cáo giám định của các đề tài này đã khẳng định rõ những ưu điểm, tính hiệu quả kinh tế cao và triển vọng to lớn của việc ứng dụng công nghệ hàn SAW vào sản xuất cơ khí ở nước ta. Đề tài đã quan tâm, nghiên cứu các yếu tố công nghệ và các phạm trù Khoa học - Công nghệ. Nội dung nghiên cứu của tác giả hoàn toàn trong điều kiện thực tế.
Năm 2005 đề tài nghiên cứu Khoa học cấp nhà nước của Viện hàn “Nghiên cứu cơng nghệ hàn hồ quang chìm tự động dưới lớp thuốc bảo vệ để hàn các đường hàn chu vi” đã được triển để hàn các đường hàn chu vi thân bồn chứa nhiên liệu tại nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất. Năm 2007 tại ngành cơ khí tàu thủy - thuộc Khoa cơ khí Trường đại học thủy sản Nha Trang, đã “Nghiên cứu thiết kế quy trình cơng nghệ hàn tự động sử dụng trong chế tạo tàu vỏ thép” và triển khai hiệu quả tại Nhà máy đóng tàu Dung Quất. Năm 2008 Thạc sỹ Trần Tuấn Đức, Khoa cơ khí thuộc Trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu cải tiến máy hàn bán tự động MIG/MAG thành máy hàn tự động dưới lớp thuốc và đã được ứng dụng có hiệu quả trong cơng tác đào tạo tại Trường Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh.
Trong những năm gần đây Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, cũng đã nghiên cứu công nghệ hàn SAW để hàn các kết cấu siêu trường siêu trọng. Các tác giả đã sử dụng cơng cụ tốn học: " Tối ưu hố" Quy trình cơng nghệ hàn SAW để xác định chế độ nguội tối ưu trong khoảng 800- 5000C cho một số loại thép, kết quả nghiên cứu rất có ý nghĩa Khoa học - Cơng nghệ và thực tiễn. Thiết nghĩ trong tương lai gần đây, khi công nghệ hàn SAW sẽ được ứng dụng rộng rải ở Việt Nam, thì chắc chắn nghiên cứu này sẽ phát huy hiệu quả thực của nó, trong nhiều ngành sản xuất công nghiệp của nước ta. Cũng cần lưu ý thêm rằng, kết quả nghiên cứu khoa học, nhất là Khoa học – Công nghệ, phải được đánh giá trên cả phương diện lý thuyết và ứng dụng vào thực tiễn. Từ những năm 1990 các cơng trình nghiên cứu về công nghệ hàn SAW trong nước ta nói chung đã có những kết quả phục vụ trước mắt và tương lai. Cho đến khoảng năm 1995 việc ứng dụng công nghệ hàn SAW vào thực tế sản xuất cịn gặp nhiều khó khăn.
Từ năm 1991 khi chúng ta tiến hành mở cửa và đổi mới nền kinh tế trao quyền chủđộng đầu tư sản xuất cho các Tổng cơng ty, các Tập đồn thì cơng nghệ hàn SAW được chú trọng và quan tâm đúng mức hơn.
Từ đầu những năm 2000 cùng với sự mở cửa kêu gọi đầu tư của nước ngoài vào Việt Nam cùng với sự nhập khẩu các máy móc kỹ thuật cơng nghệ hàn tiên tiến vào Việt Nam và sự yêu cầu khắt khe về chất lượng hàn, cho các sản phẩm trong nước cũng như sản phẩm xuất khẩu, bắt buộc các Công ty, Nhà máy, khu công nghiệp phải đầu tư thiết bị và đưa công nghệ hàn SAW vào sản xuất. Cùng với sự phát triển và ứng dụng hiệu quả của cơng nghệ hàn SAW, thì cơng việc nghiên cứu phát triển tìm tịi về cơng nghệ
hàn SAW lại được các Viện nghiên cứu, các Trường đại học rất quan tâm. Như vậy trong thời gian qua công việc nghiên cứu về hàn SAW ở trong nước đã được đầu tư quan tâm đúng mức, đặc biệt những năm gần đây khi cơng nghệ đóng tàu phát triển, các nhà máy lọc hóa dầu được xây dựng ở nước ta thì cơng nghệ hàn SAW được đặc biệt quan tâm và ứng dụng rộng rải. Điều này địi hỏi cơng nghệ hàn SAW cần có nhiều cơng nhân lành nghề có thể vận hành được thiết bị, nhưng việc đầu tư thiết bị để đào tạo là quá khó khăn đối với các cơ sở đào tạo nghề. Vì vậy đã có một số đề tài cải tiến thiết bị hàn MAG thành thiết bị hàn SAW.
1.4.2. Ngoài nước
Những tồn tại của công nghệ hàn SAW đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu của các nhà Khoa hoc công nghệ trên thế giới. Các tác giả đã có một q trình nghiên cứu giải quyết từng vấn đề tồn tại nhỏ theo phương pháp chung là: Đi từ thực nghiệm, đến nghiên cứu bản chất và giải quyết vấn đề trong mối quan hệ với yếu tố công nghệ và điều kiện thực tiễn. Kết quả cuối cùng thường đi đến giải quyết (Công thức mới hoặc hiệu chỉnh công thức) cho một thơng số hàn cụ thể, cũng có thể đề ra được giải pháp đổi mới thiết bị, hiện đại hoá cơng nghệ, thậm trí chế tạo mới hồn tồn một bộ phận nào đó của tổ hợp dây chuyền cơng nghệ. Tất cả đều đi đến mục đích chung là tạo ra sản phẩm hàn có chất lượng tốt hơn, giá thành hợp lý, cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, bảo vệ môi trường và cuối cùng là hiệu quả kinh tế cao. Để khảo sát một cách tổng quát những thành tựu khoa học - công nghệ trong lĩnh vực công nghệ hàn hồ quang chìm, ta có thể chia ra một cách tương đối các mảng đề tài mà thế giới đã quan tâm nghiên cứu:
- Quá trình luyện kim mối hàn, vật liệu và thuốc bảo vệ hồ quang - Công nghệ hàn cụ thể các loại thép, các loại kết cấu đặc chủng
- Các loại thuốc bảo vệ mối hàn và ảnh hưởng của chúng tới chất lượng mối hàn. - Thiết kế cải tiến, thiết kế chế tạo các đồ gá, thiết bị tự hành để hàn các đường hán có biên dạng phức tạp.
1.5. Vấn đền nghiên cứu 1.5.1. Lý do chọn đề tài 1.5.1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay trên thực tế có nhiều doanh nghiệp sử dụng cơng nghệ hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc (SAW) để chế tạo các bồn, bình chứa và các kết cấu thép như: dầm, khung nhà thép.... Tuy nhiên do giá thành để mua sắm thiết bị còn cao nên phương pháp này chưa được áp dụng rộng rãi. Một máy hàn tự động dưới lớp thuốc loại trung bình nhập của Mỹ có giá thành khoảng 16.000 USD, máy của Pháp khoảng 14.000 USD. Máy Trung Quốc hàng trôi nổi khoảng 7.000 USD (tuy nhiên chất lượng của máy Trung Quốc thường khơng ổn định). Bên cạnh đó các loại máy này chỉ đáp ứng được một số vị
trí hàn nhất định như vị trí hàn 1G, 1F, 2F
- Nhưng nếu chúng ta thiết kế cải tiến nguồn hàn MIG/MAG thành thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc thì giá chỉ bằng 1/2 giá của máy hàn tự động dưới lớp thuốc được sản xuất tại Trung Quốc.
- Ngồi ra, cơng nghệ hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc cịn có một số đặc tính mà nếu sử dụng cơng nghệ hàn MIG/MAG chúng ta không thể thực hiện được như: mối hàn sau khi hàn được ủ nên chất lượng và tổ chức mối hàn ổn định, tránh được các hiện tượng nứt nguội.
- Đặc biệt đối với công nghệ hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc sẽ khơng gây ra ơ nhiễm hồ quang hàn đến công nhân cũng như môi trường xung quanh. Đây là một vấn đề mà nền công nghiệp nào cũng phải hướng tới.
- Ngồi ra cơng nghệ hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc cịn có thể bổ sung vào mối hàn một lượng hợp kim cần thiết để tăng cơ tính của mối hàn, từ thuốc hàn
- Trước đây tại Trường trung cấp nghề Hà Tĩnh và một số đơn vị khác đã có nhiều đề tài nghiên cứu cải tiến máy hàn MIG/MAG thành máy hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc như:
+ Nghiên cứu cải tiến máy hàn bán tự động MIG/MAG thành máy hàn tự động dưới lớp thuốc (công suất nhỏ), [1]
+ Xác định chế độ công nghệ hàn hợp lý khi dùng máy hàn
MIG – MAG TTC 500 để thực hiện hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc khi hàn thép CT3 với chi tiết dạng ống, [2]
Tuy nhiên các đề tài trên chỉ mới thực hiện được các mối hàn ở các vị trí 1G, 1F và 2F. Vấn đề còn tồn tại của các đề tài trên là thiết bị sau khi chế tạo khơng thể hàn được mối hàn ở vị trí 2FR.
- Với nghiên cứu này, ta có thể sử dụng một bộ thiết bị hàn MIG/MAG thông thường, kết hợp với thiết bị di chuyển đầu hàn hàn được các vị trí hàn 1G, 1F, 2F, 2FR (với R > 2 mét, áp dụng để hàn góc trong đáy bồn chứa) với giá chỉ bằng 1/3 giá của một máy tự động dưới lớp thuốc mà hiện nay các công ty đang phải mua ở các nước Mỹ, Đức, Nhật và bằng 1/2 giá máy sản xuất tại Trung Quốc.
- Điểm mới của đề tài nghiên cứu này là thiết bị sau khi thiết kế chế tạo sẽ hàn được mối hàn ở vị trí 2FR đạt hiệu quả cao với bán kính R > 2 mét (Hình 1 – 9)
- Thiết bị sau khi thiết kế chế tạo ứng dụng để hàn các mối hàn ở vị trí 1G,1F, 2F và 2FR, vị trí hàn 2FR ứng dụng để hàn các bồn chứa có bán kính R > 2 mét.